Основные способы получения облегченных тампонажных растворов

Тампонажные растворы представляют собой многокомпонент­ные системы, плотность (объемная масса) которых зависит от плотности входящих в них компонентов и объемного (или мас­сового) их соотношения. Уменьшить плотность тампонажного раствора можно увеличением содержания жидкости затворения по отношению к твердым фазам, если жидкость затворения имеет меньшую плотность, или путем замены: части или всей жидкости затворения жидкостью меньшей плотности; всего или части вяжущего вещества вяжущим веществом меньшей плотности; всей или части добавки добавкой меньшей плотности; части вяжущего вещества специальной добавкой, обладаю­щей меньшей по сравнению с ним плотностью; части объема твердых и (или) жидких фаз газообразной фазой. Выбор того или иного способа снижения плотности опреде­ляется условиями применения, технологическими возможностями, экономической целесообразностью. При использовании тампонажных материалов на основе минеральных вяжущих ве­ществ возможности регулирования плотности выбором их вида ограничены только на величину их плотности. В качестве добавок можно применить полиэтиленовую крошку. Более высокая прочность получается при снижении плотности путем введения воздуха. В последнее время применяются пластмассовые, стеклянные, керамические, кварцевые микробаллоны (микрокапсулы).

80. Утяжеленные там.растворы. Получают используя основные вяжущие материалы и материалы высокой плотности. УТМ можно получить как в заводских условиях (производятся совместным помолом вяжущего материала и утяжелителя), так и промысловых условиях (на буровой). В промыс.усл.можно получить: а) сниж.водосмесевого отношения с одновременным увел.кварцевого песка; б) добавкой утяжелителя либо в готовый там.р-р, либо в сухой цементный порошок.

1. ПЦТ III Ут.получают совместным помолом п/ц и железной руды, максим.прочность достигается при 50%-й добавки руды; 2. УШЦ получают совм.помолом доменного шлака и железной руды.

УШЦ 1-120 (80-160) ρ=2060-2160

2-120 (80-160) ρ=2160-2300

1-200 (160-250) ρ=2060-2160

2-200 (160-250) ρ=2160-23000

П/ц до 1,5%, проч.на изгиб до 8МПа; 3. ЦТУК-120 (цемент тамп.утяж.коррозионност.). Получ.совм.помолом домен.шлака, квар.песка,барита и парафина.

В некоторых районах при отсутствии утяжеленного цемента в качестве утяжеляющей добавки к цементам используют немо­лотый магнетитовый песок. Хорошая устойчи­вость утяжеленных баритом растворов объясняется большим дисперсностью и гидрофильностью баритовых частиц, чем магнетитовых. Образующиеся вокруг баритовых частиц сольватные оболочки способствуют их большой «плавучести» и, следова­тельно, седиментационной устойчивости системы. Т.о., при отсутствии специального утяжеленного цемента заводского производства для утяжеления тамп.растворов лучше использовать технический барит, чем немолотый магнетитовый песок. Смеси с баритом предназна­чаются для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально высокими градиентами давлений до 0,021 МПа/м при 20—200 °С

81. Коррозионностойкие тампонажные растворы. Коррозия цементного камня – это процесс формирования стабильных соединений в определенных условиях. Все агрессивные среды по интенсивности воздействия на цем.камень распределяются в последовательности: 1. Газообразный сероводород (Н₂S) при высоких давлениях; 2. Соли магния (MgCl₂); 3. Растворенный сероводород (Н₂S); 4. Растворенная углекислота; 5. Сульфиды Nа и К; 6. Сульфаты; 7. Углекислый газ; 8. Хлорид кальция при концентрации ≥20г/л; 9. Кислая коррозия (когда пласт.вода имеет рН≤6); 10. Хлорид натрия (при концентрации в пласт.воде ≥100г/л). Рекомендуемые типы там.материалов в коррозионноактив.средах: 1. Пуццолановые цементы (вулканические туфы, трассы, пемзы, глиежи), содержащие активные гидравлически активные кислые минеральные добавки, образуют цементный камень повышенной сульфатостойкости. Пуццолановые цементы обеспечивают повышение стойкости к сульфатной коррозии и коррозии выщелачивания; 2. Глиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое при тонком помоле продуктов плавления сырьевой смеси, состоящей из боксита и извести. Глиноземистый цемент состоит в основном из низкоосновных алюминатов кальция, иногда в него вводят до 20-30% кислого доменного шлака (агрессивная среда: пластовая вода с содержанием сероводорода ≥0,2г/л); 3. Карбонатный цемент. Этот цемент применяется в тех случаях когда требуется установить временный мост или удалить часть цементного стакана. При обработке соляной кислотой этот мост растворяется; 4. Песчанистый цемент – за счет добавок кварцевого песка увеличивается сулфатостойкость, но уменьшается начальная прочность и замедляется схватываниею; 5. Шлакопортландцемент – обладает большой стойкостью против действия сульфатных и магнезиальных агрессивных сред для повышения термостойкости вводится кварцевый песок; 6. Магнезиальный цемент – обладает высокой стойкостью при контакте с кристаллическими солями магния. Представляет собой каустический магнезит, затворенный на растворах хлорида магния или других солей (агрессивная среда: пластовые соли с содержанием магния >2%)

82. Расширяющиеся цементы. Исполдьзуют в интервалах повышенной кавернозности (диаметр СКВ.больше диаметра долота), в интервалах поглощения бур.жидкостей, при креплении в ммп и возможно продуктив.пластов. В отличаи от самопроизвольного расширения регулируемое расширение наблюдается только в период схватывания и твердения цем.камня. Расширяющ.цементы можно получить двумя способами: 1. Появлением газообразных материалов в резуль.хим.реакции: п/ц+жид.стекло (до 15%)+алюминиевый порошок (до 12%)+NаCl+пластификатор. В результате выделение Н₂, увелич.обьема в 2 раза; 2. Образование новых кристаллов на стадии твердения в результате хим.реакций с водой или некоторыми клинкерными минералами:

а) п/ц+СаSО₂*0,5Н₂О+глиноземистый цемент. Этот способ вызывает резкое умень.сроков схватывания и при не правильной дозировке увел.обьема может продолжаться в затвердевшем камне t≤50⁰С; б) Добавка к п/ц магнезита (актив.частью явл-ся МgО) или доломита (актив.частью явл-ся МgО*СаО), которые прошли высокотемпературный обжиг: п/ц+магнезит (10-20%) или п/ц+доломит (5-10%) в результате расширение 0,5% при t до 75⁰С; в)Добавка к п/ц не гашеной извести (СаО до 20%) в резуль.расширение до 5-6% при t до 100⁰С. Можно увеличить термостойкость если к нему добавить еще SiО₂ при t >160⁰С.

83.Термостойкие тампонажные растворы. Для повышения термостойкости п/ц-ов в него дополнительно при помоле добавляется SiО₂ с одновременным уменьшением С₃А (трехкальциевый алюминат). ШПЦС термостой.до t 120-180⁰С. К термостойким относятся: ШПЦС-200, ОШЦ-200, УШЦ-200. К наиболее термостойким цементам относится белито-кремнеземистй (БКЗ), который получают совместным помолом нефелинового шлама и кварцевого песка. Основным минералом БКЗ цемента явл-ся β-С₂S+SiО₂+Н₂О – С₅S₆Н₅ (тоберморит), С₆S₆Н (сонаклит). БКЗ цемент седиментационно неустойчив, поэтому для снижения водосмес.отнош. (n=0,3-0,35) добавляется понизитель фильтрации. Для сохранения седиментационной устойчивости при не­изменном водосодержании и быстрого химического взаимодей­ствия кварца с продуктами гидратации цемента необходима высокая степень дисперсности песка. При недостаточной сте­пени дисперсности песка приходится уменьшать водосодержание раствора, что влечет за собой повышение плотности.

Цементно-песчаные смеси при невысоких температурах ха­рактеризуются замедленными по сравнению с обычным цемент­ным раствором загустеванием и схватыванием. При высоких температурах наблюдается лишь небольшое замедление загустевания по сравнению с раствором из портландцемента без добавки, что не позволяет отказаться от применения замедлите­лей. При добавке пластификато­ров увеличивается опасность выпадения песка. В условиях глубоких скважин повышение температуры зна­чительно ускоряет химические реакции и делает возможным до­статочно быстрое затвердевание суспензий менее активных вя­жущих веществ.

Белито-кремнеземистый цемент (БКЦ)

Высокая термостойкость, стабильность состава и свойств, благоприятная реакция на химическую обработку делают БКЦ одним из лучших цементов для высокотемпературных скважин

84.Дисперсионно-армированные цементы. ДАЦ – это материал, который получают на основе базовых цементов с добавками волокнистых в-в (материалов). Эти волок.материалы при равномерном распределении в обьеме р-ра взаимодействуют с гидратными новообразованиями и позволяют перераспределять нагрузку, действующую на цем.камень. Эти добавки называют армирующими, а вяжущий материал-матрицей (п/ц, глиноземистый, ШПЦС,…). Армирующая добавка способна залечивать трещины в цем.камне. В качестве армирующих добавок используют волокна трех типов: искусственные (нейлон, полипропилен, полиэтилен и др.), минеральные (шлаковые, кварцевые, асбестовые, базальтовые и др.) и органические (хлопок и др.). Характер работы дис­персноармирующей добавки в тампонажном материале, а сле­довательно, и физико-механические свойства камня во многом зависят от свойств самих волокон. Последние должны обладать достаточной стойкостью в продуктах твердения, высокой меха­нической прочностью и хорошим сцеплением с цементным кам­нем (адгезией). Так как волокна используют в широком диапазоне температур (от —5 до + 250°С), они должны быть термостойкими. Исследо­вания, проведенные с волокнами разных типов, дали положи­тельные результаты. В качестве армирующей добавки наиболее целесообразно использовать минеральные волокна. Введение в цементную матрицу отрезков волокон опреде­ленных размеров повышает прочность при растяжении (изгибе) за счет использования собственной прочности волокон. В этом случае важными факторами являются не только прочность выбранных волокон на разрыв, но и их размеры (диаметр≤500мкм, длина≤1мм).